太阳能光伏光热综合利用系统建模及应用研究

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,光伏电池是最直接、最重要的光电利用形式,但是光伏电池的转换效率受到各方面因素的影响,一方面受自身材料的限制(单晶硅、多晶硅、薄膜晶体的转换效率各不相同),另一方面,还会受到各种外部条件,如光照强度和电池温度等因素的影响,这些因素在很大程度上影响着光伏系统的发电效率。本文以复合抛物面(CPC)型太阳能光伏光热综合利用(PV/T)系统为研究对象,首先对硅电池的光伏特性进行建模分析,得出了大约在开路电压的80%处,电池板的功率会达到最大值,而外界条件的变化会引起最大功率的变化,光照强度越强,电池板的工作温度在允许的范围内越低,电池板的最大功率值越大。再根据光伏电池的特性模型确定最大功率点的跟踪策略,从而达到提高光电效率效果。太阳光通过CPC聚光器进行聚光,得到强度为数千瓦每平方米的光照,然而电池板的温度会随之上升,从而降低了光电效率。本文采用PV/T集热器,在集热器下部流道有冷水通过,通过热交换会带走电池板的一部分热量,从而达到降低电池板温度的效果。通过对PV/T集热器换热部分的机理建模分别得到在光照强度、下层水的初始温度和下层水的流量在阶跃扰动下电池板温度的传递函数,再利用粒子群优化算法对所得到的传递函数的参数进行智能优化,得到更为精准的传递函数。根据电池板温度的传递函数确定电池板温度控制系统中控制器的参数,从而使电池板为电效率达到最高,同时得到热水再作他用。